实战3D打印 教你自己动手打造个性键帽

    3D打印技术一词，出现在科技前沿新闻上，已是时日久远。但对于大多数普通用户来说，3D打印技术也仅仅是科技新闻上的一个名词，尽管熟悉但却从未与个人生活发过交集。到底3D打印技术离我们还有多远，其实用性到底如何，中关村在线键鼠频道将带您零距离接触3D打印，领略3D打印技术“无中生有”的奇妙，打造个人专属MOD配件的全部过程。

　　[中关村在线键鼠频道原创] 3D打印技术的雏型，最早出现于上世纪70年代末，但由于种种原因，并未进行实用性推广，到上世纪80年代中期，美国德州大学奥斯汀分校的卡尔·迪凯德博士，在DARPA赞助下，研发出选“择性激光烧结”(SLS)，申请到专利并进入商用领域应用，这也是3D打印技术首次被提出。

    此后近30年期间，3D打印技术得到迅猛发展，光固化立体造型(SLA)、层片叠加制造(LOM)、熔融沉积造型(FDM)、三维印刷工艺(三维P)等多种3D打印技术被研发出来，打印材质也从早期SLS技术所使用的蜡、塑料材质，扩展到金属、ABS树脂、聚碳酸酯、陶瓷、聚酰胺、塑料、液态热固性聚合物等多种材料，以满足不同行业用户使用需求，扩展3D打印技术的应用范围。

即将上市的工业级大型宽幅3D打印机Objet1000

相关链接： 《立体成型技术的世界！3D打印全面解析》

    3D打印技术的快速发展，在打印机价格方面也有明显体现，早期的3D打印机，价格常高达数百万美元。经过近30年的快速发展，仅需万元左右，即可购买到一台民用级别的3D打印机。与此同时，3D打印机打印材料成本也有明显下降，3D打印技术的普及，已经近在眉捷。

 3D打印造型复杂的灯具，金属材质很难实现

巴黎时装周上展示 使用3D打印技术制作的服装

Nike展示 使用3D打印技术制作的鞋底

    由于3D打印技术具有几乎可打印任何复杂形状、零件复杂度及生产批量大小与生产成本无关联、可快速投入生产、可无人值守、所见即所得、加工成品误差极小(仅与打印机自身打印精度相关)等优点，使其拥有了极其广泛的应用范围。对于喜爱DIY的玩家来说，3D打印技术更是可以让很多个人无法实现的梦想化为现实，比如MOD、外形改靠，定制个性产品等等，只要您拥有一颗年轻的心，一台3D打印机和一点点建模技巧，就可以轻易将梦想化为现实。

    为了让大家可以更好的了解到3D打印技术，感受3D打印技术无中生有的神奇，中关村在线键鼠频道与办公打印频道联合，带您零距离感受3D打印技术独特魅力。为避免3D打印技术建模阶段的繁琐过程让用户感到厌烦，特意选择了建模相对简单，但又是外设玩家比较感兴趣的事物进行打印，这就是机械键盘上的R4位置键帽(可安装于ESC等按键上)。

    首先让我们先来介绍一下本次3D打印实战所用到的设备进行简单介绍。

1、MakerBot R2桌面3D打印机

MakerBot Replicator 2 个人桌面3D打印机

相关评测: 《美国原产 MakerBot R2桌面3D打印机首测》   

    MakerBot R2桌面3D打印机，是3D打印机制造商MakerBot公司的第二代民用级桌面3D打印机，MakerBot Replicator 2能够打印的物品大小为28.5×15.3×15.5厘米，相比一代产品打印物品尺寸更大，X与Y轴定位精度为11微米，Z轴定位精度为2.5微米，喷嘴直径为0.4mm，最高打印分辨率为0.1mm，中等分辨率为0.27mm，低等分辨率为0.34mm，推荐喷头移动速度为40mm/s，所使用的材料为直径1.75mm的聚乳酸（PLA）材质，与常见的ABS材质相比，无论在硬度、弹性还是收缩性方面，均占有明显优势，在打印尺寸较大的物品时，能够避免边缘固化慢造成的翘边现象。

2、可以运行建模软件的电脑

    想要使用3D打印技术实现心中的梦想，必须先使用电脑来进行3D建模。电脑的配置不限，只要能够保证建模软件流畅运行即可。笔者使用的是2010年装配的老电脑，就硬件水平来说，目前仅属于低端水准，但仍可毫无压力的保证3D建模软件流畅运行，具体配置如下：

3、个人最为熟悉的3D建模软件

建模软件 Auto CAD 2007

    如果说3D打印技术是将心中的梦想变为现实，那么建模软件就是供您勾勒梦想的绘图板。具有3D建模设计功能的软件较多，无论是工业设计专用的UG、Pro/E，还是3Ds Max，CAD都可以助您实现心中梦想。用户在使用过程中无须盲目追求高版本，但必须能保证个人熟练使用，本次3D打印技术实战，笔者选择Auto CAD 2007教育版作为建模软件。

4、必备的测绘工具

测量工具 机械式游标卡尺

    由于本次3D打印实战的目标是个性键帽，打印完成后必须保证与键盘完美搭配，所以测绘是本次实战过程必不可少的步骤。由于本次3D打印实战所使用的MakerBot R2桌面3D打印机，最小打印精度是0.1mm，所以一把常见的游标卡尺即可满足本次3D打印实战使用需求(游标卡尺最小测量精度为0.02mm)。此外还需要准备铅笔，橡皮、白纸等工具，以便在测量时进行数据记录。

3D打印实战第一步 实物测绘

    为保证3D打印后的成品可以完美装配到键盘上，所以前期测绘过程是必不可少。尽管键帽物理形状相对并不复杂，但为了保证打印完成后的装配精度，测绘过程依旧容不得一点马虎。

本械键帽打印原型 DAS四代镜面黑轴机械键盘ESC按键

    本次3D打印实战，以DAS四代机械键盘ESC键为原型，DAS四代键盘键帽模具精度较高，且为标准OEM键帽，可以保证3D打印完成后的作品能够装配到各种非原厂(指非Cherry 生产的机械键盘产品)高度键帽的键盘之上。

对键帽外形尺寸进行测量

    测试开始，我们需要首先对原型键帽各部分尺寸进行测量，并绘制草图进行记录。其中键帽底部内外边缘尺寸及键帽内部的轴心部分，由于涉及到键帽与键帽和边框之间的装配问题。其尺寸精确度必须严格保证，至少绝对不能超出打印机最小打印精度。

键帽内部加强筋体部分尺寸需要估算

    由于键帽体积较小，内部空间有限，所以测量时间相对较长。部分难以测试之处，则需要进行推算和估算。由于键帽需要装配到键盘上进行使用，所以估算数值应相对宽松一些，以避免因内部尺寸过小造成无法装配或装配后再次拨出键帽时将轴芯一并带出等负面问题。

开始绘制键帽尺寸草图

估计明天自己就会看不明白的测量草图

    好记性不如烂笔头子，由于测试数据较多，且部分细节需要在原键帽基础上进行修改和估算，所以建议玩家在测量的同时绘制草图，以免出现遗漏。草图的绘制不需要过于标准，但一定要保证简洁直观，浅显易懂，细节部分标注必须清楚，以免由于标注错误，出现数据错误，导致后期对三维模型进行修改，那就得不偿失了。

3D打印实战第二步 开始建模

    对键帽的各主要尺寸进行测试后，就可以开始3D建模，笔者选用个人比较熟悉的Auto CAD做为建模软件，根据测量好的数据绘制键帽模型。不过还是建议大家使用UG或Pro/E等工业CAD软件进行模型绘制，即可以拥有方便快捷的建模过程，还可以保证模型的精度。如果感觉UG和Pro/E等软件上手难度较高，也可以在保证模型精确度的情况下使用3Ds Max软件来进行建模(笔者使用Auto CAD纯属个人习惯，切勿模仿)。

绘制键帽各基础视图并对左视图进行拉伸

    首先我们需要根据绘制键帽的后视图及左视图外型尺寸，绘制两个四边型，做为键帽外形的主体伦廓。再根据键帽表面手指凹槽弧度绘制圆型，并调整好位置，再延键帽左视图上边缘绘制一条直系，准备做为拉伸路径。

调整键盘后视图及顶部手指凹槽位置

    然后再对两个四边型和一个圆形使用“面域”命令，使其形成面域，准备下一步对对其进行拉伸操作，以便形成实体。先将键帽后视图四边型进行拉伸，再将键盘左视图四边型延Y轴进行三维旋转，调整后位置，进行拉伸。最后将两个实体进行交集操作，即可得出键帽的外围模型。

初步绘制好的键帽外廓模型

使用差集命令修剪出键帽表面手指凹槽

    这时再将事先做好的圆型面域延路径进行拉伸，拉伸后的圆柱体两个端面应超出键帽长度，再使用该圆柱体对键帽实体进行差集操作，即可修整出键帽表面手指凹槽。

开始绘制键芯支柱及键帽内加强筋

将绘制好的部件位置进行调整

放入键帽外廓模型准备进行差集操作

    分别画出键帽内的键芯支柱和键帽内筋，按测量高度对其进行负高度拉伸，以保证其顶面处于同一水平高度。再将其放入键帽模型内部，复制键帽模型后对键帽支柱模型进行交集操作，使键芯模型边缘与键帽外廓保持一平。

对键帽外郭模型底进行抽壳操作

初步绘制好的键帽模型

初步绘制好的键帽模型

    最后对键帽外廓模型进行抽壳操作，抽壳时删除模型底面，抽壳厚度即为键帽壁厚度，一个键帽模型即大至完成。最后绘制键帽内壁四角的柱型加强筋，对模型进行圆角修饰调整，一个精致的键帽模型就大功告成了。

3D打印实战第三步：打造个性LOGO

    如果只是需要一个普通的彩色键帽，完全不必如此大动干戈。我们需要的是一个可以彰显自我个性的DIY产物，所以在键帽表面添加一个属于你自己的LOGO，是一件非常有必要的事。LOGO可以直接在三维建模软件中制作，也可以通过平面软件制作后导入三维模型。考虑到个人LOGO线条结构较为复杂，还是建议大家使用平面软件制作比较省事。

老牌平面设计软件 Adobe Photoshop

    因为个人使用习惯，笔者选择Photoshop CS来绘制LOGO，如果您擅长使用三维软件或矢量绘图软件，则可以在LOGO绘制完成后直接使用或导入使用，节省大量的时间和操作。

使用Photoshop来进行LOGO设计

    使用平面软件依个人爱好，绘制出想要在键帽上打印出的LOGO。由于笔者使用的Photoshop仅可输出位图，所以在CAD中导入光栅图像，然后使用样条曲线进行线描，线描结速后，使用闭合命令，让曲线五项形成一个封闭的环，再使用面域命令形成面域，进行适度拉伸，即可制作出一个实体模型LOGO。

大功告成 个性键帽完全体现身

    将LOGO实体模型调整好位置，大小，放置到键帽上适当位置，然后与键帽模型一起执行合集命令，以使其形成一个实体模型，以便于输出打印。最后选择实体模型，将其导出为Stl文件，以便输入打印机专用软件进行打印输出。

3D打印实战第四步：安装专用驱动 准备打印输出

    本次3D打印实战，使用的是由MakerBot推出的MakerBot R2民用级桌面3D打印机，尽管该打印机可以支持脱机打印，但是在进行打印输出之前，我们还是得先安装打印驱动程序 MakerWare，以便对CAD输出的Stl文件进行最后处理，使之符合MakerBot R2民用级桌面3D打印机脱机打印的使用需求。

将模型导入MakerBot R2 3D打印机驱动 MakerWare软件内

    不得不说的是，尽管MakerBot R2民用级桌面3D打印机的MakerWare驱动程序为全英文界面，但是其UI设计极其优秀。只要您有一点三维绘图的经验，即可轻松自如的对MakerWare软件进行操作。我们将由CAD输出的模型位置进行指定，尽管MakerBot R2民用级桌面3D打印机可以从任意位置开始打印，但为了避免出现意外，还是将模型的中心点置于打印坐标0点位置为妥。

对模型位置进行调整

    调整好位置之后，将模型保存为MakerBot R2民用级桌面3D打印机输出专用的thing文件，然后将文件存储到SD内存卡中，即可使用MakerBot R2民用级桌面3D打印机，对建造好的模型进行打印输出。

3D打印实战第五步：开始打印

    尽管前期操作繁杂枯燥，但到了本次3D打印实战的最后一步：打印输出，却是异常的轻松。尽管3D打印技术的名头，给人带来高不可攀的感觉，但MakerBot R2民用级桌面3D打印机的操作却时极其简单，只需要开机，预热，即可进行打印输出，使用方法与普通家用打印机毫无差别。

开启MakerBot R2 3D打印机准备开始打印

    由于已经预先将MakerBot R2民用级桌面3D打印机专用的thing文件,存储到SD内存卡中并插入打印机，所以只需按下机身上的红色按键，MakerBot R2民用级桌面3D打印机即可以自动装载打印文件，开始3D打印。

MakerBot R2民用级桌面3D打印机所使用的PLA打印原材料

    MakerBot R2民用级桌面3D打印机使用PLA材质为打印原料，通过熔融沉积造型（FDM)技术，将热熔后的PLA材质逐层喷涂，最终打印出三维实体模型。开始打印时，MakerBot R2民用级桌面3D打印机会先在打印平台上打印出一层网格材质，以便于打印完成后，用户可以轻松的将模型从打印平台上分离。

MakerBot R2 3D打印机开始自动调整位置 准备开始打印

    开始打印后，MakerBot R2民用级桌面3D打印机喷头快速均匀的移动，将打印材料喷涂到打印区域，打印时间的长短随模型的面积、高度而产生变化。由于本次打印的键帽体积较小(最大三维体积为18×18×11.5)，不到半个小时，就将笔者交给它的任务打印完成。

打印完毕 MakerBot R2 3D打印机喷头及打印台开始复位

实现梦想 其实只差一点

    本次3D打印实战操作。总结用时约5小时，主要包括测量(约一小时)、建模(两小时左右)、打印(约半小时)、清理支持(约一小时)等几个主要步骤。由于笔者属于初学乍练，加上国内连接MakerBot官网及下载软件速度均不理念，所以在速度方面还有很大提升空间。

本次3D打印实展最终成品展示

    不过相比速度方面的理想表现，本次3D打印的实战结果却让人略感遗憾。尽管打印出的键帽结构强度极其理想，侧面展现出迷人的丝绸质感，与键盘装配后也极为合适，但键帽顶手指凹槽位置打印效果比较粗糙，打印纹理比较凌乱，表面光洁度较低。更让人郁闷的是笔者个性LOGO未能完全打印出来，仅在部分片状区域有着丝丝缕缕的打印材料堆积。作为一款民用级桌面3D打印机，MakerBot R2在打印精度方面尚有待提升。

键帽表面LOGO部分打印效果较差 出现打印不全的现象

    但经过本次3D打印实战，可以看出3D打印技术与我们的距离已经是近在咫尺。打印机的零售价格逐年下降，打印材料的丰富多样，加上打印过程专业门槛相对较低(粗通基本建模知识即可)，产品从设计到成型时间及短。即目前来看，已经广泛应用于各领域产品研发，样品展示，初装调整等环节，以往产品研过生产过程中的开模、注塑(铸造)两大步骤，仅需一次即可完成。对于键鼠外设行业来说，能够保证在降低研发投入的同时，将研发效率大幅提升，让厂商在进行新品研发时，起到事半功倍的效果。

Mammoth大型3D打印机

CeBIT 2013展会上 舜天瑞展示的M4A1步枪3D打印模型

    3D打印技术的发展，也让它与我们的生活越来越近，也许不久的将来，您就可以在家中，依照个人的使用习惯和爱好，对自己喜受的外设产品进行个性化定制。更可以随时将个人的创想化为现实，等到3D打印技术普及之时，人人都有机会摇身一变成为发明家或艺术家。

热门关注：Arc touch 改版有奖调查

【感谢您阅读本文，最后请您点击文章结尾下面的打分系统，以便让我们做的更好】

期待未来出现更傻瓜化的3D建模软件和更便宜的3D打印机，我想那将会对世界的发展产生巨大的推动作用。